La fisiología de la supervivencia
Para las bacterias, los vecinos co-determinan qué célula muere primero
Las bacterias no mueren simplemente en las fases de hambre de forma fortuita, sino que las células circundantes también tienen voz y voto. Un equipo de investigación de la Universidad Técnica de Munich (TUM) ha descubierto que dos factores, sobre todo, deciden sobre la vida y la muerte: la energía necesaria para seguir viviendo y la eficiencia con la que las células supervivientes pueden reciclar la biomasa de las células muertas.
Cultivo bacteriano
© Andreas Heddergott / TUM
La supervivencia y el crecimiento de las células son factores centrales en los sistemas biológicos. Científicos como Ulrich Gerland, profesor de Física de Biosistemas Complejos en la TUM, están tratando de entender cómo interactúan los componentes moleculares para mantener la viabilidad de un grupo de células en situaciones de estrés.
El equipo dirigido por Ulrich Gerland ha logrado identificar dos factores cruciales para la supervivencia de una bacteria: el consumo básico de energía de una célula y la cantidad de energía que las células supervivientes pueden obtener por cada célula muerta vecina, midiendo la eficiencia del reciclado de biomasa.
Nutrientes de cadáveres de células vecinas
Los investigadores emularon una situación de emergencia en las células de la bacteria Escherichia Coli en la que las bacterias carecían de azúcar y otros carbohidratos. Por lo tanto, las bacterias no disponían de energía ni de materiales de construcción.
Cuando las primeras células murieron, las células sobrevivientes trataron de obtener nutrientes de los cadáveres celulares circundantes. Cuanto mayor es la rotación de energía de una determinada enzima, mayor es la tasa de mortalidad. Cuanto más podían reciclar de las células muertas, más alta era la tasa de supervivencia.
"Nuestros hallazgos permiten por primera vez determinar cuantitativamente la contribución de los componentes moleculares individuales a la supervivencia de las células bacterianas", dice Gerland.
Decadencia de la viabilidad como fenómeno colectivo
En general, hubo una disminución exponencial de células sobrevivientes con el tiempo. En principio, tal desarrollo puede explicarse con la desaparición aleatoria de células individuales, al igual que en la desintegración radiactiva, que también tiene una cinética exponencial.
Pero las interrelaciones son más complejas, como descubrieron los investigadores cuando cambiaron las condiciones experimentales. La descomposición en colonias bacterianas es un fenómeno colectivo. Por lo tanto, las células bacterianas circundantes determinan conjuntamente si una célula en su medio perece o sobrevive.
Análisis matemático de la supervivencia
Los cambios en la tasa de mortalidad pueden deberse a una gran cantidad de perturbaciones genéticas o ecológicas que influyen en la supervivencia de las bacterias. El equilibrio que emerge es por lo tanto diferente para cada bacteria y cada condición ambiental.
Para entender la dinámica, los investigadores modelaron matemáticamente el sistema general de supervivencia de las bacterias. Luego, utilizaron esta relación para determinar las contribuciones moleculares a la supervivencia de las células.
Dependiendo del tipo de célula, se pueden identificar factores moleculares importantes para la supervivencia de las células, lo que facilita el descubrimiento de enzimas u otras proteínas que determinan la tasa de supervivencia.
"Nuestro objetivo es comprender, sistemática y cuantitativamente, cómo las bacterias logran sobrevivir en tantas condiciones ambientales", dice Gerland. "Es la búsqueda de la fisiología de la supervivencia."
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